Химия как раздел естествознания Основные задачи современной химии (стр. 64 из 68)

Клонирование

В переводе с английского языка клонирование (cloning) означает вегетативное размножение (так размножаются многие растения: отщипнув, например, от куста смородины отросток и посадив его в землю, спустя некоторое время мы получим новое растение). Однако с развитие генной инженерии понятие «клонирование» получило несколько другое значение. Для массового сознания клонирование - это получение неполовым путем организма, точной копии исходной особи. Создание первого удачного клона, шотландской овечки Долли, открыло новые возможности для развития биохимической технологии. Овечка

Долли была создана не для демонстрации возможности создания жизнеспособных клонов высших млекопитающих, а с чисто практической медицинской целью. Генная инженерия открывает широкие возможности превращения домашних животных в «живые лекарства». «Мама» овцы Долли при помощи генной инженерии получила возможность вырабатывать белок, содержащийся в ее молоке, который служит лекарством для больных фиброзом в результате дефекта гена, отвечающего за солевой баланс в легких. Каждый второй такой больной умирает, не дожив до 30 лет. Чтобы сохранить способность вырабатывать такой белок в потомстве уникальной овцы, была проделана уникальная операция: из яйцеклетки другой овцы было удалено ядро, которое заменили ядром соматической (обладающей полным набором хромосом) клетки «мамы» Долли. Яйцеклетка была помещена в матку овцы, которой яйцеклетка и принадлежала, и начала там развиваться. Родившаяся в результате овечка Долли является точной копией не своей биологической матери, а «мамы» Долли, сохранив при этом способность вырабатывать в своем молоке ценный белок-лекарство.

В Технико-фармацевтическом институте Виргинии (США) было получено семейство поросят с «человеческим» геном. От своей прапрабабушки, подвергшейся внедрению этого гена в организм, поросята унаследовали способность синтезировать белок под названием «фактор VIII», который способствует свертыванию крови у больных редкой болезнью, так называемой гемофилией А. Трехсот - шестисот свиноматок, по мнению директора института Билла Веландера, вполне хватило бы, чтобы удовлетворить мировую потребность в лекарстве от гемофилии. Известны также другие клоны (например, полученная российскими учѐными овца Катька, молоко которой способствует подавлению роста раковых опухолей), созданные с целью получения «живых лекарств».

ДНК-анализ

Анализ ДНК применяется на практике для идентификации личности в тех случаях, когда невозможно использовать другие способы. Широко известна история идентификации останков, принадлежавших царской семье, расстрелянной в Екатеринбурге в 1918 году. В Англии, в центре судебно-медицинской экспертизы из костной ткани выделили молекулы ДНК и провели их анализ. С точностью до 99,9 % процента было установлено, что останки принадлежат одной семье: отцу, матери и трем их дочерям. Принадлежность семьи к династии Романовых было доказано родством ДНК членов погибшей семьи с ДНК членов английского королевского дома, которые доводятся кровной родней последней русской царице Александре Федоровне.

Каковы же принципы и методика ДНК – анализа? В геноме человека были обнаружены особые участки - мини-сателлиты (крохотные участки молекулы ДНК). В молекулах ДНК разных людей эти участки располагаются в разных местах. Предположим, что исследуются одинаковые участки ДНК двух разных людей, А и Б. На данном участке молекулы ДНК лица А имеется, например, три минисателлита, а на таком же участке ДНК лица Б - два. Эти сегменты ДНК обрабатывают специальными энзимами-рестриктазами, и, в тех местах, где расположены мини-сателлиты, «разрезают» на фрагменты, которые отличаются у А и Б по количеству (два фрагмента у А и один у Б) и по длине. Молекула ДНК, которая, строго говоря, является не кислотой, а солью, в растворе диссоциирует на отрицательно заряженный анион и положительно заряженный катион. Поэтому если поместить раствор, содержащий ДНК, в электролизѐр, то под действием электрического тока анион кислотного остатка ДНК будет двигаться к положительно заряженному электроду. Чем длиннее молекула, тем больше заряд, тем больше сила, увлекающая молекулу к полюсу, то есть тем выше скорость ее движения. Таким образом, в электрическом поле смесь, состоящая из фрагментов ДНК разной длины, распадается на скопления, состоящие из участков ДНК одинаковой длины. Такой метод разделения называется гель-электрофорезом, разрешающая (разделяющая) способность которого настолько велика, что фрагменты

ДНК, отличающиеся друг от друга всего на одно мономерное звено, четко отделяются друг от друга в виде хорошо различимых полосок. В случае сравнения А и В получились бы две разных «картинки», одна, состоящая из одной полоски, а вторая - из двух. Конечно, реальная картинка будет состоять из сложного сочетания множества полос разной ширины. Если знать какую-нибудь «фамильную» черту, которая передается по наследству (в семье последнего русского царя, например, таким признаком была редкая болезнь гемофилия), то, обнаружив при проведении ДНК-анализа двух образцов ДНК (А и Б) совпадающие минисателлиты соответствующего гена, можно сделать вывод о родстве лиц А и Б.

Нанобиотехнологии

В нанобиотехнологиях применяются методы и подходы нанотехнологии (см. Лекцию 11) для создания наноустройств для изучения биологических систем. В рамках нанобиотехнологии также изучаются возможности использования для создания наноустройств живых систем; создаются биологические наночипы для диагностики различных заболеваний, в том числе для идентификации возбудителей особо опасных инфекций и токсинов; разрабатываются лекарственные препараты нового поколения и контейнеры в виде наночастиц для адресной доставки лекарственных препаратов в пораженные органы; создаются медицинские нанороботы, способные устранять дефекты в организме больного человека путем управляемых нанохирургических вмешательств, саморазмножающиеся геномы, которые можно применять биотехнологии и медицине для производства лекарств, биосовместимые наноматериалы широкого спектра применения, в том числе для создания искусственных органов.

Из всех имеющихся в наличии биотехнологий в промышленном производстве самое широкое применение находят мембранные технологии (см. Лекцию 18).

17.5. Вопросы и задания

1. Охарактеризуйте основные органеллы живой клетки

2. Каков химический состав клетки?

3. Что такое метаболизм? Какова роль энзимов в метаболизме?

4. Определите возможную последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, которая кодировала бы полипептидную последовательность Phe-Pro-Lys.

5. Составьте схему матричного синтеза.

6. Какие продукты получаются в результате ферментативного брожения глюкозы?

7. Для чего можно использовать микроорганизмы в металлургии?

8. Опишите принцип получения инсулина методом генной инженерии.

9. Что такое клонирование и ДНК-анализ?

10. Каковы возможности нанобиотехнологий?